[发明专利]具有优异批量生产能力和低摩擦特性的表面处理方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请基于并要求于2014年12月3日提交到韩国知识产权局的 韩国专利申请第10-2014-0172411号的优先权权益，其公开内容全部并 入本文以供参考。

技术领域

本发明涉及通过形成包括铬(Cr)、铜(Cu)和氮(N)的复合涂 层而进行表面处理的方法，以及通过该方法制造的车辆发动机部件。 特别地，通过本发明的表面处理方法，可以将复合涂层施加于产品上， 其具有大大改善的粘合性和硬度、低摩擦系数且其制造可以高效地进 行。

背景技术

类金刚石碳(DLC)最近已被用作发动机驱动部件的涂布材料， 并且其在室温下的低干/湿摩擦和耐磨性优异。然而，DLC的耐磨性和 低摩擦特性在高温下劣化并且具有较差的耐久性。进一步地，与基材 的粘合性质由于高残余应力也较差，因此，DLC材料需要额外的工艺 或材料，诸如中间层。此外，当施加DLC涂布材料时，成本可能因较 低的碳溅射速率所引起的较长处理时间而增加。

同时，氮化铬(CrN)已长时间被用作滑动件，所述滑动件用于随 相对部件的铁金属等滑动，或在涂布膜之间滑动。具体地，已经使用 的是在旋转式压缩机的叶片、辊、轴的表面上形成氮化铬涂层的相关 技术中的技术。然而，CrN仍不能对用于涂布车辆发动机驱动部件的 表面的材料提供足够的摩擦特性、硬度或粘合性质。或者，通过在CrN 涂布材料中加入铜(Cu)而具有提高的润滑特性和机械特性的铬(Cr) -铜(Cu)-氮(N)复合涂布材料已经被设计成CrN的替代物。

当通过混合物理气相沉积(PVD)(这是在相关技术中通常使用的 方法)施加Cr-Cu-N涂布材料时，由于优异的润滑特性和机械特性以 及较高的粘合性可以不需要中间层。然而，需要执行至少两个不同源 的元素的共沉积，使得涂覆的区域可能受到限制，这可能进一步妨碍 批量生产能力。

因此，迫切需要研究能够具有优异的润滑特性和机械特性并且能 够实现批量生产且因较高的紧密粘合性而不需要用于中间层的额外工 艺的表面处理方法。

发明内容

在优选的方面，本发明提供用于表面处理的方法，或能够克服上 述根据相关技术的类金刚石碳(DLC)涂布方法的缺点(诸如制造时 间延迟和成本上涨)的表面处理方法。此外，该表面处理方法可改善 通过混合物理气相沉积(PVD)进行的铬(Cr)-铜(Cu)-氮(N)涂 布方法中的批量生产效率，并通过将铜(Cu)加入CrN涂布材料中而 同时改善润滑特性和机械特性。进一步地，由于大大改善的与基材的 粘合性，该表面处理方法可以不需要中间层或粘合层。此外，该表面 处理方法的特征在于通过使用Cr和Cu的高溅射速率使成本的增加最 小化，并且通过使用铬(Cr)-铜(Cu)复合靶提高批量生产能力。

根据本发明的示例性实施方式，表面处理方法可包括：制备包括 铬(Cr)和铜(Cu)的复合物；以及通过在含氮气氛中溅射复合物而 形成包括铬(Cr)-铜(Cu)-氮(N)的涂层。优选地，复合物可包括 约95～98原子％的Cr和约2～5原子％的Cu，原子％相对于复合物的原 子总数。优选地，涂层可包括约30～40原子％的Cr、约2～5原子％的 Cu、和构成涂层的原子余量的N，原子％相对于涂层的原子总数。

如本文所用，复合物可以是如上所述的组分或材料的简单掺合物。

复合涂层可优选地包括可适当地具有约10nm或更小尺寸的 Cr-Cu-N复合材料的纳米粒子或纳米晶。应当理解这样的复合涂层也可 以称为“纳米复合涂层”。

在形成包括Cr-Cu-N的涂层的过程中，通过在含氩和含氮气氛气 体中的非平衡闭合场磁控溅射(UBCFMS)，可以将铬(Cr)沉积为 Cr_xN_1-x(0.3≤x≤0.4)。

溅射可以在约10～14W的溅射功率下执行。

溅射可以在约3×10^-3～4×10^-3mBar的压力下执行。

溅射可以在约100～150V的偏压下执行。

溅射可以在约1:(3～5)的气氛气体中的Ar:N₂比率执行。

进一步地，提供可以通过本文所述的方法制造的复合涂层。